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Descrivere i geni associati al sesto senso

Diverse popolazioni di neuroni sensoriali corpi cellulari in un ganglio della radice dorsale (a destra) e i loro assoni nel midollo spinale (a sinistra): le cellule in verde rilevano informazioni propriocettive mentre le cellule in rosso informazioni termiche e tattili.

Diverse popolazioni di neuroni sensoriali corpi cellulari in un ganglio della radice dorsale (a destra) e i loro assoni nel midollo spinale (a sinistra): le cellule in verde rilevano informazioni propriocettive mentre le cellule in rosso informazioni termiche e tattili. Crediti: Stephan Dietrich, Laboratorio Zampieri, Centro Max Delbrück

Per eseguire movimenti coordinati, ci affidiamo a speciali neuroni sensoriali nei nostri muscoli e articolazioni. Senza di loro, il cervello non saprebbe cosa sta facendo il resto del nostro corpo. Un team guidato da Niccolò Zampieri ha studiato i loro marcatori molecolari per capire meglio come funzionano e descrive i risultati in Nature Communications .

Vista, udito, olfatto, gusto, tatto: tutti conosciamo i cinque sensi che ci permettono di sperimentare ciò che ci circonda.

Altrettanto importante ma molto meno conosciuto è il sesto senso: “Il suo compito è raccogliere informazioni dai muscoli e dalle articolazioni sui nostri movimenti, la nostra postura e la nostra posizione nello spazio, per poi trasmetterle al nostro sistema nervoso centrale”, afferma il dott. Niccolò Zampieri, responsabile del laboratorio di sviluppo e funzionamento dei circuiti neurali presso il Max Delbrück Center di Berlino. “Questo senso, noto come propriocezione, è ciò che consente al sistema nervoso centrale di inviare i segnali giusti attraverso i motoneuroni ai muscoli in modo che possiamo eseguire un movimento specifico”.

Questo sesto senso – che, a differenza degli altri cinque, è del tutto inconscio – è ciò che ci impedisce di cadere nel buio e ciò che ci permette di portarci alla bocca una tazza di caffè con gli occhi chiusi al mattino.

Ma non è tutto: “Le persone senza propriocezione non possono effettivamente eseguire movimenti coordinati”, afferma Zampieri. Lui e il suo team hanno ora pubblicato un articolo in cui descrivono i marcatori molecolari delle cellule coinvolte in questo sesto senso. I risultati dovrebbero aiutare i ricercatori a comprendere meglio come funzionano i neuroni sensoriali propriocettivi (pSN).

I collegamenti precisi sono fondamentali

I corpi cellulari pSN si trovano nei gangli della radice dorsale del midollo spinale. Sono collegati tramite lunghe fibre nervose ai fusi muscolari e agli organi tendinei del Golgi che registrano costantemente allungamento e tensione in ogni muscolo del corpo. Il pSN invia queste informazioni al sistema nervoso centrale , dove viene utilizzato per controllare l’attività dei motoneuroni in modo che possiamo eseguire i movimenti.

“Un prerequisito per questo è che il pSN si connetta precisamente a diversi muscoli del nostro corpo”, afferma il dott. Stephan Dietrich, membro del laboratorio di Zampieri. Tuttavia, non si sapeva quasi nulla dei programmi molecolari che abilitano queste connessioni precise e conferiscono al pSN muscolo-specifico la loro identità unica. “Ecco perché abbiamo utilizzato il nostro studio per cercare marcatori molecolari che differenziano il pSN per i muscoli addominali, della schiena e degli arti nei topi”, afferma Dietrich, autore principale dello studio, che è stato condotto presso il Max Delbrück Center.

 

Guida per le fibre nervose nascenti

Utilizzando il sequenziamento a singola cellula, il team ha studiato quali geni nel pSN dei muscoli addominali, della schiena e delle gambe vengono letti e tradotti in RNA. “E abbiamo trovato geni caratteristici per il pSN collegati a ciascun gruppo muscolare”, afferma Dietrich. “Abbiamo anche dimostrato che questi geni sono già attivi nella fase embrionale e rimangono attivi per almeno un po’ dopo la nascita”. Dietrich spiega che questo significa che ci sono programmi genetici fissi che decidono se un propriocettore innerverà i muscoli addominali, della schiena o degli arti.

Tra le loro scoperte, i ricercatori di Berlino hanno identificato diversi geni per le efrine ei loro recettori. “Sappiamo che queste proteine ​​​​sono coinvolte nel guidare le fibre nervose nascenti verso il loro bersaglio durante lo sviluppo del sistema nervoso”, afferma Dietrich. Il team ha scoperto che le connessioni tra i propriocettori ei muscoli della parte posteriore della gamba erano compromesse nei topi che non possono produrre ephrin-A5.

Uno degli obiettivi è migliorare le neuroprotesi

“I marcatori che abbiamo identificato dovrebbero ora aiutarci a studiare ulteriormente lo sviluppo e la funzione delle singole reti sensoriali muscolo-specifiche”, afferma Dietrich. “Con l’optogenetica, ad esempio, possiamo usare la luce per accendere e spegnere i propriocettori, individualmente o in gruppo. Questo ci permetterà di rivelare il loro ruolo specifico nel nostro sesto senso”, aggiunge Zampieri.

Questa conoscenza dovrebbe alla fine giovare ai pazienti, come quelli con lesioni del midollo spinale. “Una volta che avremo compreso meglio i dettagli della propriocezione, saremo in grado di ottimizzare il design delle neuroprotesi, che assumono le capacità motorie o sensoriali che sono state compromesse da un infortunio”, afferma Zampieri.

La tensione muscolare alterata provoca una colonna vertebrale storta

Aggiunge che i ricercatori in Israele hanno recentemente scoperto che anche la propriocezione correttamente funzionante è importante per uno scheletro sano. La scoliosi, ad esempio, è una condizione che a volte si sviluppa durante la crescita durante l’infanzia e fa sì che la colonna vertebrale diventi storta e attorcigliata. “Sospettiamo che ciò sia causato da una propriocezione disfunzionale, che altera la tensione muscolare della schiena e distorce la colonna vertebrale”, afferma Zampieri.

La displasia dell’anca, un’anomalia dell’articolazione dell’anca, potrebbe anche essere causata da una propriocezione difettosa. Ciò ha portato Zampieri a immaginare un altro risultato della ricerca: “Se riusciamo a comprendere meglio il nostro sesto senso , sarà possibile sviluppare nuove terapie che contrastino efficacemente questi e altri tipi di danni scheletrici”.

Ulteriori informazioni:
Stephan Dietrich et al, Molecular identity of proprioceptor subtypes innervating different muscle groups in mice, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34589-8

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